Stabilization of phase in A286 Fe-Ni based superalloy via Nb addition

دكتري تخصصي

سوپرآلياژ پايه آهن-نيكل A286، به عنوان يكي از مواد پركاربرد در صنايع توربين‌هاي گازي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. ايجاد رسوبات فاز اتا (h) در اين آلياژ در حين سرويس‌دهي، منجر به افت خواص مكانيكي و كاهش عملكرد آن مي‌گردد. هدف از تحقيق حاضر بررسي شرايط تشكيل فاز h با اصلاح تركيب شيميايي آلياژ A286 است. بدين منظور 6 آلياژ با نام‌هاي، Nb0 (0%at Nb)، Nb15 (0.15%at Nb)، Nb25 (0.25%at Nb)، Nb30 (0.3%at Nb)، Nb35 (0.35%at Nb) و Nb40 (0.4%at Nb) با مقادير مختلف عناصر تاثيرگذار شامل آلومينيوم، تيتانيوم و نيوبيوم طراحي و با روش VIM توليد شدند. پس از عمليات همگن‌سازي، نوردگرم و محلول‌سازي، تمام آلياژها تحت يك سري عمليات حرارتي در بازه دمايي °C650 الي °C900 به مدت زمان 2 الي 30 ساعت قرار گرفتند. تحولات ريزساختاري شامل مقدار رسوبات h و گاماپرايم (/γ) به‌وسيله ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكتروني روبشي (SEM) مجهز به EDS، آناليز حرارتي DTA و XRD مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. همچنين خواص مكانيكي با آزمايش‌هاي سختي سنجي و كشش گرم در دماي °C650 بررسي شدند. بررسي ريزساختاري نشان داد كه در تمام دماهاي پيرسازي، ابتدا فاز /γ در آلياژ ايجاد مي‌شود و در ادامه رسوبات فاز h با دو مكانيزم استحاله h→ /γ و تشكيل مستقيم h از زمينه آلياژ به وجود مي‌آيند. تحولات ريزساختاري نشان داد كه هرچند در دماهاي °C650 و °C720 هيچ اثري از رسوبات h مشاهده نشده است، اما با افزايش دما به °C840 ميزان h به بيشترين مقدار رسيده و مجدداً در دماي °C900، ريزساختار عاري از h گرديد. تحولات ريزساختاري نشان داد كه با تغيير تركيب شيميايي از آلياژ Nb0 (شاهد) به آلياژ Nb30، روند ميزان h كاهشي بوده و در آلياژهاي Nb35 و Nb40، مقدار h افزايش داشته است. به نحوي كه بيشترين كسر حجمي فاز h در دماي °C840 و در آلياژهاي Nb0، Nb30 و Nb40 به ترتيب برابر با 4/6، 8/4 و 5/7 درصد است. تحليل نتايج نشان داد كه كمترين كسر حجمي فاز h مربوط به آلياژ Nb30 بوده است، بررسي مدل‌هاي ترموديناميكي و سينتيكي نيز اين موضوع را به خوبي تحليل و تبيين كرد. بررسي خواص مكانيكي نمونه‌ها نيز نشان داد كه با تغيير آلياژ به Nb30، ميزان سختي و استحكام كشش گرم بهبود يافته است، به نحوي كه استحكام نهايي از مقدار MPa 864 در آلياژ Nb0 به MPa972 در آلياژ Nb30 افزايش داشته است. نتايج تحقيق پيش‌رو نشان داد كه كنترل عناصر مهم (Nb، Ti و Al) در آلياژ بهينه (Nb30)، موجب افزايش ميزان رسوبات /γ و پايداري آن‌ها، كند شدن تشكيل رسوبات h در حين پيرسازي و نتيجتاً بهبود سختي و خواص كششي دماي بالا گرديد.

195929

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر معصومه سيف اللهي

مهندسي مواد و متالورژي

دكتر سيد حسين رضوي